浅析抽水蓄能发电

【摘要】在用电结构的变化使得低谷负荷和高峰负荷的差距加大的背景下，普通火电机组不能够适应电力负荷急剧并且频繁的变化，而常规经济开发的水电站开发已处于瓶颈，不能满足安全经济的运行需要，抽水蓄能电站应运而生，在调峰填谷任务上发挥了自己独特的魅力。本文简要介绍了抽水蓄能电站的基本原理、不同方式的分类和特点、发展简况以及发展趋势。

【关键词】抽水蓄能电站；高峰负荷；低谷负荷；分类方式；发展趋势

抽水蓄能电站具有发电、调峰、填谷、调频、调相、事故备用、旋转备用及黑启动等多种功能，既具备了电站的作用，又是一个能够用于电网管理的工具。从某种意义上来说，它还是一种特殊电源，能够集启动快、快速反应和负荷跟踪迅速于一身。抽水蓄能电站形象的说，是一种储存电的仓库，由上水库、下水库、输水道、厂房及开关站等部分组成。

电能转换是抽水蓄能电站所依据的原理。当夜间用电负荷减少，但是火电、核电不能大幅度停机或减少发电量时候，同时兼具水泵和水轮机两种工作方式的抽水蓄能机组此时处于水泵运行方式，将下水库的水抽至上水库中，下水库的水位降低而上水库的水库升高，实现电能到水的位能的转换；当用电高峰期时，机组处于水轮机运行方式，上水库的水放至下水库，带动水轮发电机组发电，将水的位能又转换为电能送至电网，解决供电所需，而发电后的水又回到下水库[1]。如此的循环往复操作，保障了电网运行的可靠性。

不同地区建设的抽水蓄能电站也有所不同。根据上水库调节水量多少，可将抽水蓄能电站分为纯抽水蓄能电站、混合式抽水蓄能电站和非循环式抽水蓄能电站。

如果只有很少或者几乎没有天然来水进入上水库，抽水蓄能电站几乎不消耗水量，具有这种特征的为纯抽水蓄能电站，其机组全部为抽水蓄能机组，发电所需的全部调节水量仅是在上下水库中循环往复，它仅为调节系统电能在时间上的分配，但它要求所需的蓄能库容必须足够大，才能满足“削峰填谷”的任务。

在常规水电站的基础上，加装抽水蓄能机组即为混合式抽水蓄能电站。与纯抽水蓄能电站不同的是，混合式的上水库中有天然径流的汇入，并且厂房中有的机组为常规水轮发电机组，有的为可逆式机组。基于此，它的电能也分为两部分，一部分为天然径流发电，另一部分为抽水蓄能发电。但是其机组会受到原有水电站设计水头的限制，若水电站远离负荷中心，就会使得单位电量投资变大，输电损失也会随之增加，就不再符合发展的经济性。

非循环式抽水蓄能发电站，顾名思义，即上下水库中的水量并不是循环往复重复利用来发电的电站。当上水库位于两条河流的分水岭，由于分水岭两侧河谷具有不同的高度差，可以在有足够的天然径流的高度差小的一侧建设下水库，同时在另一侧建设常规水电站，将下水库的水抽到上水库后，通过常规水电站将水量放至下游发电。这样的话，从下水库抽上来的水并没有回到下水库，而是流至相邻河流中。

根据调节性能将抽水蓄能电站分类，也是一种常见的分类方式。可分为日调节抽水蓄能电站、周调节抽水蓄能电站和季调节抽水蓄能电站。

用电负荷在一日内并不是一成不变的，而是既有高峰负荷期，又有低谷负荷期。在上午8点到11点和晚上19点到22点间有两个用电高峰期，而在晚上23点到凌晨6点左右，有些工厂停工使得产生一个用电低谷期。用电高峰与低谷所需的电量差的很多，这就对抽水蓄能发电的要求很高，发电出力必须满足调峰要求。日调节抽水蓄能电站就承担了调节一昼夜电力负荷不均匀的任务，以一日为运行周期，夜间负荷较低时进行一次抽水运作，而白天负荷高峰时进行发电运作，但是发电每次时间较短，为一次或多次[2]。

周调节抽水蓄能电站并不是说一周抽水和发电一次，而是每天都会抽水和发电各一次，但是在周末时电力负荷特低时，利用多余的电能延长抽水时间，增大储蓄的水量，这就需要蓄水库容较日抽蓄电站大。

相比周调节抽水蓄能电站以一周为运行周期，季调节抽水蓄能电站的运行周期要长得多，为一年。它是将汛期时多余的水量储存起来到枯水期时发电供给电网来增加发电量。这类电站要求上水库的库容必须很大，通常情况下可不建下水库。在常规水电站中，季调节抽水蓄能电站较多但是因为周期性长，它的调节性能差，发电多为季节性，或者在弃水量大的电站中建设较为有利。

除上述两种分类情况外，还有以机组类型或者水头来分类的，分类情况有各自的特色。但不管怎样分类，都要根据实际情况来选择最为适合的抽水蓄能电站。

我国抽水蓄能电站在20世纪60年代后期开始建设，现安装在河北省岗南水电站的抽水蓄能机组是我国从国外引进的第一台抽水蓄能机组，至今已有40多年的历史。目前，我国抽水蓄能事业方兴未艾，形势一片大好。全国有20座已建成的抽水蓄能电站，装机总容量达到了1184.5万kW，11座在建的电站，建成后装机容量可达1308万kW，预计到2020年我国抽水蓄能电站的总规模可达到8000万kW，到2030年可达1.2亿甚至1.4亿kW。

总的来说，抽水蓄能电站是在时间上把电网中的电能重新分配，将低谷电能转换成高峰电能，其本身并不生产电能。从已建成的抽水蓄能电站反馈的资料和数据来看，抽水蓄能电站能够有效提高电力系统安全稳定运行水平，保障用户的用电需求。

当今世界各国在建设抽水蓄能电站方面，总的发展趋势是兴建大容量、高水头、大机组的抽水蓄能电站，而这也是我国在未来建设抽水蓄能电站的发展趋势。随着科学技术的不断进步和发展，抽水蓄能电站的优越性只会越来越明显，在电力系统中所发挥的作用不容小觑。

参考文献

[1]陆佑楣，潘家铮.抽水蓄能电站[M].北京：水利电力出版社，1992.

[2梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]潘家铮，何Z.中国抽水蓄能电站建设[M].北京：中国电力出版社，2000.

作者简介

王璐琰（1994-）女，汉族，河南汝州人，本科生，武汉大学动力与机械学院。